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1、第26卷第2期光电工程Vol126,No.21999年4月Opto2ElectronicEngineeringApril,1999文章编号:1003-501X(1999)02-0063-05高精度绝对式编码器的信号处理刘丰文(中国科学院光电技术研究所,四川成都610209)摘要:介绍了一种新的光栅编码器数据处理方案——多读数头数字量相加,主要采用MCS8031单片机为核心控制器,将编码器的多个读数头信号分别量化,再相加平均。该方法不仅能提高编码器的测角精度,更重要的是可大大提高编码器的工作可靠性。关键词:绝对式编码器,信号处理,单
2、片机。中图分类号:TM55文献标识码:ATheSignalProcessingfortheHighPrecisionAbsoluteEncoderLIUFeng-wen(InstituteofOpticsandElectronics,ChineseAcademyofSciences,Chengdu610209,China)Abstract:Anewdataprocessingmethodforgratingencoderispresentedinthepa2per.Throughaddingofmultiplenumericalv
3、aluesfrommulti2readingheadsandus2ingMCS8031single2chipcompterasthehostcontroller,themultiplesignalsfromvariousreadingheadswillberespectivelyquantizedandthenadded.Notonlythemethodcanraisetheangle2measuringaccuracyoftheencoder,themoreimportantisthattheoperatingreliabili
4、tyoftheencodercanbegreatlyimproved.Keywords:Absoluteencoders,Signalprocessing,Singlechipprocessors.CLCnumber:TM55引言绝对式编码器的每一角度位置输出一特定的码值,它具有工作可靠性高,抗干扰能力强的收稿日期:1998-02-26;收到修改稿日期:1998-07-09作者简介:刘丰文(1969-),男(汉族),四川潼南人,中国科学院光电技术研究所助理研究员,从事智能仪器和光栅传感技术研究。64光电工程第26卷第2期特点,在应
5、用中越来越受到人们的重视,特别是在靶场设备,各种经纬仪,高精度数字控制系统及各种环境温度较宽的角度测量仪器中都采用绝对式编码器作为测角传感器。随着科学技术的不断进步,系统对测量传感器要求越来越高,研制小型化高精度高可靠性的绝对式编码器是光栅编码器研制的努力方向。96年我们承担了航天部北京13所的92124精密回转倾斜台的高精度22位编码器的研制任务,用户要求精度高、可靠性高、温度范围宽、尺寸小。为此我们采用了14位码盘并提出了多读数头数字量相加的新方案。采用该方案我们顺利地研制出尺寸为<158×62×<65(空心),仪器精度为±1
6、″(峰峰值),均方差R=0.5″的22位绝对式编码器,并通过-40℃～+50℃的高低温实验。1系统工作原理在22位绝对式编码器的研制中,一般采用14位码盘,再利用电路和软件处理实现8位插补细分,最后获得22位编码器。为了实现高精度、高可靠性、尺寸小,采用了码道间隔刻划的14位码盘,刻划码道为A10246(2),A3(2),A5(2),A7(2),A98101214(2),B1(2),B3(2),G1(2)。利用电路细分得到A2,A4,A6,A8,A10,图1系统原理框图B2,B4,采用4个读数头数字量相加Fig.1Blockdia
7、gramofthesystemprinciple获得最终结果。系统原理框图如图1。2码道的前置处理经光电接收元件转换得到的光栅原始信号较弱,需经过放大、整形处理。其中粗码经放大、整形后送入微处理器进行逻辑处理即可获得A2,A4,A6,A8,A10。中精码需放大并细分一图2中精码处理电路Fig.2Processingcircuitformediumfinecode次,再整形送入微处理器,其处理电路如图2。精码的质量要求较高,在码盘上均布了4个读数头,每个头取4路相差90°的信号,对每4路信号进行差分放大得到相差90°的信号,送入模数
8、转换器量化。3微机处理电路单片机系统将编码器的信号(粗码、中精码、精码)采集到后,利用软件进行一系列处理,将所有信号有机地结合在一起,最后获得角度信息。处理过程包括精码细分,码道校正,数字量相加,电调零,度分秒转换及显示。程序流程图如图3。1999
